專利名稱：電機速度檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機檢測技術(shù)，具體地說，涉及一種電機速度檢測方法，僅使 用低分辨率的脈沖編碼器進行電機速度檢測，即可得到較準確的電機速度用于 電機控制。
背景技術(shù)：
在一個電機速度控制系統(tǒng)中，如果僅使用一個具有相當(dāng)?shù)头直媛实拿}沖編 碼器，當(dāng)電機以非常低的速度轉(zhuǎn)動時，從脈沖編碼器得到的脈沖的相鄰時間間 隔(每個脈沖上升沿周期或下降沿周期)通常會大于電機速度控制周期和脈沖 采樣間隔，從而在一個速度控制周期內(nèi)沒有一個脈沖信號，以至于無法獲得準 確的電機速度反饋信息。
測速分辨率表征測量裝置對轉(zhuǎn)速變化的敏感度，在低分辨率脈沖編碼器測
速下，測速分辨率為0-^r(rpm)， P為編碼器線數(shù)，z;為脈沖采樣間隔。在
接近零的電機低速范圍內(nèi)，如圖i所示，設(shè)速度控制周期為7;=丁，脈沖采樣
間隔7;=7; ， 0/T/2T/....../nT時間點為各速度控制周期的開始
t二T時，t二0 T之間沒有脈沖，計算得到的電機速度n二O; t二2T時，t二T 2T之間檢測到一個脈沖，計算得到的電機速度n二nl^Q。 由圖易知電機實際速度n=nl/2，于是在進行速度控制時，始終得不到實 際的電機速度進行閉環(huán)控制。產(chǎn)生這個的原因就是測速分辨率不夠，存在相鄰脈沖時間間隔大于脈沖采樣間隔7;的低速情況，即跟脈沖編碼器的分辨率P和 脈沖采樣間隔7;有關(guān)，改善測速分辨率Q有以下兩種方式
1)提高脈沖編碼器的分辨率P，即線數(shù)，從而每轉(zhuǎn)過一圈得到的脈沖數(shù)
變多，低速下不改變脈沖采樣間隔7;時，可以使得相鄰脈沖時間間隔小于脈沖
采樣間隔。
2)增大脈沖采樣間隔z;，低速下不改變脈沖編碼器分辨率P時，可以使得
相鄰脈沖時間間隔小于脈沖采樣間隔。
但是這兩種方式都有一定的限制，脈沖編碼器的分辨率不能無限提升，而
且高分辨率的脈沖編碼器必然使得成本加大；脈沖采樣間隔7;會影響到速度控 制周期t;，通常的速度控制下速度控制周期t^t;，脈沖采樣間隔7;增大將使 得 ;變大，而速度控制周期過大將使得速度控制的系統(tǒng)響應(yīng)變慢，無法實現(xiàn)高 性能的控制。
在不改變合適的脈沖編碼器分辨率和脈沖采樣間隔的情況下，可以通過對 得到的脈動的速度反饋進行平滑濾波處理，從而提高電機速度分辨率，平滑速 度響應(yīng)。但是，添加濾波器會產(chǎn)生相位滯后，沒有特殊要求且非低速下的話， 還可以滿足要求，在極低速下，得到的電機速度不平穩(wěn)。而且從實現(xiàn)上考慮， 濾波器階數(shù)也存在一定的限制，階數(shù)過高將使實現(xiàn)變得復(fù)雜，相位滯后更大， 而階數(shù)不夠，有些情況下又不能有效地平滑速度波動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電機速度檢測方法，它可以在極低速以及高速 下，不改變脈沖采樣間隔和速度控制周期的情況下，采用自定義脈沖采樣間隔 替代脈沖采樣間隔，使得測速分辨率得到提高，速度反饋更精確，速度控制更穩(wěn)定。
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)
本發(fā)明的第一方面在于提供一種在低速情況下的電機速度檢測方法，該電 機速度檢測方法，電機速度檢測過程中，存在零脈沖的速度控制周期，其特征 在于對于每個速度控制周期，采用原始速度采樣間隔的自然數(shù)倍作為新的速 度采樣間隔，計算新的速度采樣間隔內(nèi)的脈沖數(shù)，并根據(jù)新的速度采樣間隔和 新的速度采樣間隔內(nèi)的脈沖數(shù)計算該速度控制周期的電機速度。
本發(fā)明中，對零脈沖速度控制周期，以該速度控制周期之前鄰近該速度控 制周期包括該速度控制周期在內(nèi)的連續(xù)零脈沖速度控制周期數(shù)+1倍原始速度 采樣間隔作為新的速度采樣間隔。
對非零脈沖速度控制周期，以該速度控制周期之前鄰近該速度控制周期的 連續(xù)零脈沖速度控制周期數(shù)+l倍原始速度采樣間隔作為新的速度采樣間隔。
本發(fā)明的第二方面在于提供一種在高速情況下的電機速度檢測方法，該電 機速度檢測方法，電機速度檢測過程中，每個速度控制周期中具有至少一個脈 沖，其特征在于以某一速度控制周期中的脈沖數(shù)作為基準脈沖數(shù)，根據(jù)原始 速度采樣間隔和基準脈沖數(shù)計算基準電機速度，每個速度控制周期的脈沖數(shù)減 去基準脈沖數(shù)得到調(diào)整脈沖數(shù)，由此產(chǎn)生零調(diào)整脈沖的速度控制周期，對于每 個速度控制周期采用原始速度采樣間隔的自然數(shù)倍作為新的速度采樣間隔，計 算新的速度采樣間隔內(nèi)的調(diào)整脈沖數(shù)，并根據(jù)新的速度采樣間隔和新的速度采 樣間隔內(nèi)的調(diào)整脈沖數(shù)計算該速度控制周期的調(diào)整電機速度，基準電機速度和 調(diào)整電機速度之和即為電機速度反饋。
本發(fā)明中，對零調(diào)整脈沖的速度控制周期，以該速度控制周期之前鄰近該 速度控制周期包括該速度控制周期在內(nèi)的連續(xù)零調(diào)整脈沖的速度控制周期數(shù)+ 1倍原始速度采樣間隔作為新的速度采樣間隔。
對非零調(diào)整脈沖的速度控制周期，以該速度控制周期之前鄰近該速度控制 周期的連續(xù)零調(diào)整脈沖的速度控制周期數(shù)+1倍原始速度采樣間隔作為新的速 度采樣間隔。
為了在電機高速時檢測的電機速度有較高的精度，以速度控制周期的最大 脈沖數(shù)和最小脈沖數(shù)進行平均再取整作為基準脈沖數(shù)，本發(fā)明最適宜于速度控 制周期的最大脈沖數(shù)差不大于2的情形。
本發(fā)明在不改變速度控制周期的基礎(chǔ)上，使得檢測精確的電機平均速度成 為可能，而且利用快速的速度調(diào)整特性能夠?qū)崿F(xiàn)在極低速范圍內(nèi)和電機高速時 的穩(wěn)定速度控制，同時因為采用了低分辨率的低成本脈沖編碼器，有效地降低 了速度控制系統(tǒng)的成本。


圖l為電機低速情況下，現(xiàn)有的電機速度檢測方法示意圖。
圖2為本發(fā)明在電機低速情況下，電機速度檢測方法示意圖。 圖3為本發(fā)明在電機高速情況下，電機速度檢測方法示意圖。
具體實施例方式
為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解， 下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。 實施例1
現(xiàn)有的速度檢測方法中，對脈沖為零的速度控制周期，其周期內(nèi)的電機速 度為零；對于脈沖不為零的速度控制周期，其周期內(nèi)的電機速度"-^rpm，其中M為該速度控制周期中檢測到的脈沖數(shù)，P為編碼器線數(shù)，z;為脈沖采樣間隔。
在電機高速時，每個速度控制周期(脈沖采樣間隔z;與速度控制周期是相 等的)內(nèi)都可以檢測到脈沖，但是在電機低速時，速度控制周期內(nèi)可能檢測到 脈沖，也可能沒有。
如圖2所示，電機的速度控制周期和原始的脈沖采樣間隔z;均為T，在前 7個速度控制周期中，僅在速度控制周期O-T、 2T-3T、 5T-6T、 6T-7T檢測到脈 沖。如圖2d所示，按照現(xiàn)有的速度檢測方法，速度控制周期0-T、 2T-3T、 5T-6T、 6T-7T的電機速度為nO，其他速度控制周期的電機速度為零，具體計算過程不 是本發(fā)明的主要部分，本領(lǐng)域技術(shù)人員了解此過程在此不再累述。這是由于此 時電機處于低速狀態(tài)，脈沖編碼器的分辨率不夠，不足以在每個速度控制周期 (脈沖采樣間隔)中檢測到脈沖，于是在進行速度控制時，始終得不到實際的 電機速度進行閉環(huán)控制。
為了在低速下沒有檢測到脈沖的速度控制周期也能反饋一個符合實際的
電機速度，在原始脈沖采樣間隔7;和速度控制周期不變的情況下，可以將脈沖
采樣間隔虛擬放大，即將原始脈沖采樣間隔7;放大到新的脈沖采樣間隔
7;-丄.7V,(L為自然數(shù))。從而在新的脈沖采樣間隔&時間內(nèi)檢測到M個脈沖， 則該速度控制周期內(nèi)的電機速度"=^rpm，其中，M為新的脈沖采樣間隔TP
內(nèi)檢測到的脈沖數(shù)。
參見圖2b、 2c，以下詳細描述各速度控制周期是如何將原始脈沖采樣間隔 7;進行放大處理并得到電機速度的。速度控制周期O-T檢測到脈沖(即非零脈沖速度控制周期)，由于該速度控制周期為第一個速度控制周期，在其之前無
零脈沖速度控制周期，因此該速度控制周期新的脈沖采樣間隔g為(o+i) t;，
得到速度控制周期O-T的電機速度n二nl二nO。
速度控制周期T-2T未檢測到脈沖(即零脈沖速度控制周期)，在該速度控 制周期之前，包括速度控制周期T-2T僅有速度控制周期T-2T自身為零脈沖速 度控制周期，因此該速度控制周期新的脈沖采樣間隔7;為(1+1) t;，得到速 度控制周期T-2T的電機速度n=n2=n0/2。
速度控制周期2T-3T檢測到脈沖(即非零脈沖速度控制周期)，在該速度 控制周期之前僅有鄰近的速度控制周期T-2T為零脈沖速度控制周期，因此該 速度控制周期新的脈沖采樣間隔7;為(1+1) z;，得到速度控制周期2T-3T的 電機速度n二n2二n0/2。
速度控制周期3T-4T未檢測到脈沖(即零脈沖速度控制周期)，在該速度 控制周期之前，包括速度控制周期3T-4T僅有速度控制周期3T-4T自身為零脈 沖速度控制周期，因此該速度控制周期新的脈沖采樣間隔7;為(1+1) z;，得 到速度控制周期3T-4T的電機速度n=n2=n0/2。
速度控制周期4T-5T未檢測到脈沖(即零脈沖速度控制周期)，在該速度 控制周期之前，包括速度控制周期4T-5T，鄰近的速度控制周期3T-4T和速度 控制周期4T-5T自身為連續(xù)零脈沖速度控制周期，因此該速度控制周期新的脈 沖采樣間隔i;為(2+1) t;，得到速度控制周期4T-5T的電機速度n=n3=nO/3。
速度控制周期5T-6T檢測到脈沖(即非零脈沖速度控制周期)，在該速度 控制周期之前鄰近的速度控制周期3T-4T和速度控制周期4T-5T為連續(xù)零脈沖 速度控制周期，因此該速度控制周期新的脈沖采樣間隔 ;為(2+1) 7>得到 速度控制周期5T-6T的電機速度n=n3=nO/3。速度控制周期6T-7T檢測到脈沖(即非零脈沖速度控制周期)，在該速度 控制周期之前無鄰近的速度控制周期為零脈沖速度控制周期，因此該速度控制 周期新的脈沖采樣間隔z;為(0+1) t;，得到速度控制周期6T-7T的電機速度 n二nl二nO。后續(xù)的速度控制周期可以采用相同的方式進行計算，在此不再累 述。
通過上述方法，可以得到連續(xù)的電機速度，并且對應(yīng)電機速度nl、 n2、 n3，其速度檢測分辨率分別提高到原來分辨率的1、 1/2、 1/3，本實施例在電 機低速情況下，電機速度計算結(jié)果更為精確。
實施例2
當(dāng)電機處于高速狀態(tài)時，每個速度控制周期均可檢測到脈沖，如圖3a所 示，每個速度控制周期都具有至少一個脈沖。在進行處理時，可采用某一速度 控制周期的脈沖數(shù)作為基準脈沖數(shù)，較精確的處理方式是用速度控制周期的最 大脈沖數(shù)和最小脈沖數(shù)進行平均再取整作為基準脈沖數(shù)，例如本實施例中速度 控制周期的最大脈沖數(shù)為3，最小脈沖數(shù)為l，因此基準脈沖數(shù)應(yīng)當(dāng)選取2，如
果速度控制周期的最大脈沖數(shù)和最小脈沖數(shù)進行平均后不為整數(shù)，則可在取整 后確定基準脈沖數(shù)。
確定基準脈沖數(shù)后，即可根據(jù)基準脈沖數(shù)和原始脈沖采樣間隔7;計算基準 電機速度N，計算方法在前文已經(jīng)進行過描述，在此也不再累述。然后每個速 度控制周期的脈沖數(shù)減去基準脈沖數(shù)得到調(diào)整脈沖數(shù)，如圖3b所示，原來脈 沖數(shù)為2的速度控制周期T-2T、 3T-4T、 4T-5T、 6T-7T的調(diào)整脈沖數(shù)為零，原 來脈沖數(shù)為3的速度控制周期0-T、 5T-6T的調(diào)整脈沖數(shù)為1，原來脈沖數(shù)為1 的速度控制周期2T-3T的調(diào)整脈沖為負脈沖，因此調(diào)整脈沖數(shù)以-1計算。
通過得到的調(diào)整脈沖數(shù)可以計算每個速度控制周期的調(diào)整電機速度，電機速度反饋即基準電機速度和調(diào)整電機速度之和。圖3e顯示了現(xiàn)有方法計算的 調(diào)整電機速度，速度控制周期T-2T、 3T-4T、 4T-5T、 6T-7T的調(diào)整電機速度為 0，速度控制周期O-T、 5T-6T的調(diào)整電機速度為nO，速度控制周期2T-3T的調(diào) 整電機速度為-nO，每個速度控制周期的調(diào)整電機速度再加上基準電機速度即 可得到電機速度反饋，但由于基準電機速度和調(diào)整電機速度均是在原始脈沖采 樣間隔i;下進行計算的，因此電機速度反饋的精度并不是很高。
所以，本實施例中，調(diào)整電機速度也與實施例l相同，在原始脈沖采樣間 隔z;和速度控制周期不變的情況下，將脈沖采樣間隔虛擬放大，即將原始脈沖
采樣間隔7;放大到新的脈沖采樣間隔7;=￡.7>， (L為自然數(shù))，從而在新的脈
沖采樣間隔K時間內(nèi)檢測到M個脈沖，以此計算調(diào)整電機速度。
參見圖3c、 3d，速度控制周期O-T的調(diào)整脈沖數(shù)為1 (即非零調(diào)整脈沖速
度控制周期)，在其之前無零調(diào)整脈沖速度控制周期，因此該速度控制周期新
的脈沖采樣間隔i;為(0+1) Z;,得到速度控制周期O-T的調(diào)整電機速度n二nl
二nO，速度控制周期0-T的電機速度反饋即為N+nO。
速度控制周期T-2T的調(diào)整脈沖數(shù)為0 (即零調(diào)整脈沖速度控制周期)，在
該速度控制周期之前，包括速度控制周期T-2T僅有速度控制周期T-2T自身為
零調(diào)整脈沖速度控制周期，因此該速度控制周期新的脈沖采樣間隔z;為(1+1)
7>得到速度控制周期T-2T的調(diào)整電機速度n二n2二n0/2,速度控制周期T-2T 的電機速度反饋即為N+n0/2。
速度控制周期2T-3T的調(diào)整脈沖數(shù)為-1 (即非零調(diào)整脈沖速度控制周期)， 在該速度控制周期之前僅有鄰近的速度控制周期T-2T為零調(diào)整脈沖速度控制 周期，因此該速度控制周期新的脈沖采樣間隔rp為(1+1) z;，得到速度控制 周期2T-3T的調(diào)整電機速度n=-n2=-n0/2，速度控制周期2T-3T的電機速度反饋即為N-n0/2。
速度控制周期3T-4T調(diào)整脈沖數(shù)為0 (即零調(diào)整脈沖速度控制周期)，在該 速度控制周期之前，包括速度控制周期3T-4T僅有速度控制周期3T-4T自身為 零調(diào)整脈沖速度控制周期，因此該速度控制周期新的脈沖采樣間隔z;為(1+1) z;，得到速度控制周期3T-4T的電機速度n二n2二-n0/2,速度控制周期3T-4T 的電機速度反饋即為N-n0/2。
速度控制周期4T-5T調(diào)整脈沖數(shù)為0 (即零調(diào)整脈沖速度控制周期)，在該 速度控制周期之前，包括速度控制周期4T-5T，鄰近的速度控制周期3T-4T和 速度控制周期4T-5T自身為連續(xù)零調(diào)整脈沖速度控制周期，因此該速度控制周 期新的脈沖采樣間隔j;為(2+1) 7;，得到速度控制周期4T-5T的調(diào)整電機速 度n=-n3=-nO/3，速度控制周期4T-5T的電機速度反饋即為N-n0/3。
速度控制周期5T-6T調(diào)整脈沖數(shù)為1 (即非零調(diào)整脈沖速度控制周期)，在 該速度控制周期之前鄰近的速度控制周期3T-4T和速度控制周期4T-5T為連續(xù) 零調(diào)整脈沖速度控制周期，因此該速度控制周期新的脈沖采樣間隔7;為(2+1) rp ，得到速度控制周期5T-6T的調(diào)整電機速度n二n3二n0/3，速度控制周期5T-6T 的電機速度反饋即為N+n0/3。
速度控制周期6T-7T調(diào)整脈沖數(shù)為0 (即零調(diào)整脈沖速度控制周期)，在該 速度控制周期之前，包括速度控制周期6T-7T僅有速度控制周期6T-7T自身為 零調(diào)整脈沖速度控制周期，因此該速度控制周期新的脈沖采樣間隔7;為(1+1) 『p ，得到速度控制周期6T-7T的調(diào)整電機速度n=n2=n0/2,速度控制周期6T-7T 的電機速度反饋即為N+n0/2。后續(xù)的速度控制周期可以采用相同的方式進行 計算調(diào)整電機速度，在此不再累述。與實施例1相似，電機在高速情況下，速 度計算結(jié)果也更加精確了。實際上，對于本實施例的方法，最適宜于速度控制周期的最大脈沖數(shù)差不
大于2的情形，因為當(dāng)最大脈沖數(shù)差大于2時，必定會有一個速度控制周期調(diào)
整脈沖數(shù)的絕對值大于l，使得計算的調(diào)整脈沖速度不夠精確，最終降低了檢 測到的電機速度反饋的精度。因此，本實施例的方法更適宜于電機高速時速度 波動較小的情況，從而可以反饋更精確的電機速度。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè) 的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中 描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明 還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本 發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1. 電機速度檢測方法，電機速度檢測過程中，存在零脈沖的速度控制周期，其特征在于對于每個速度控制周期，采用原始速度采樣間隔的自然數(shù)倍作為新的速度采樣間隔，計算新的速度采樣間隔內(nèi)的脈沖數(shù)，并根據(jù)新的速度采樣間隔和新的速度采樣間隔內(nèi)的脈沖數(shù)計算該速度控制周期的電機速度。
2. 如權(quán)利要求1所述的電機速度檢測方法，其特征在于對零脈沖速度 控制周期，以該速度控制周期之前鄰近該速度控制周期包括該速度控制周期在 內(nèi)的連續(xù)零脈沖速度控制周期數(shù)+1倍原始速度采樣間隔作為新的速度采樣間 隔。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的電機速度檢測方法，其特征在于對非零脈 沖速度控制周期，以該速度控制周期之前鄰近該速度控制周期的連續(xù)零脈沖速 度控制周期數(shù)+1倍原始速度采樣間隔作為新的速度采樣間隔。
4. 電機速度檢測方法，電機速度檢測過程中，每個速度控制周期中具有 至少一個脈沖，其特征在于以某一速度控制周期中的脈沖數(shù)作為基準脈沖數(shù)， 根據(jù)原始速度采樣間隔和基準脈沖數(shù)計算基準電機速度，每個速度控制周期的 脈沖數(shù)減去基準脈沖數(shù)得到調(diào)整脈沖數(shù)，由此產(chǎn)生零調(diào)整脈沖的速度控制周 期，對于每個速度控制周期采用原始速度采樣間隔的自然數(shù)倍作為新的速度采 樣間隔，計算新的速度采樣間隔內(nèi)的調(diào)整脈沖數(shù)，并根據(jù)新的速度采樣間隔和 新的速度采樣間隔內(nèi)的調(diào)整脈沖數(shù)計算該速度控制周期的調(diào)整電機速度，基準 電機速度和調(diào)整電機速度之和即為電機速度反饋。
5. 如權(quán)利要求4所述的電機速度檢測方法，其特征在于對零調(diào)整脈沖 的速度控制周期，以該速度控制周期之前鄰近該速度控制周期包括該速度控制 周期在內(nèi)的連續(xù)零調(diào)整脈沖的速度控制周期數(shù)+1倍原始速度采樣間隔作為新的速度采樣間隔。
6. 如權(quán)利要求4或5所述的電機速度檢測方法，其特征在于對非零調(diào) 整脈沖的速度控制周期，以該速度控制周期之前鄰近該速度控制周期的連續(xù)零 調(diào)整脈沖的速度控制周期數(shù)+l倍原始速度采樣間隔作為新的速度采樣間隔。
7. 如權(quán)利要求4所述的電機速度檢測方法，其特征在于以速度控制周 期的最大脈沖數(shù)和最小脈沖數(shù)進行平均再取整作為基準脈沖數(shù)。
8. 如權(quán)利要求7所述的電機速度檢測方法，其特征在于速度控制周期 的最大脈沖數(shù)和最小脈沖數(shù)差不大于2。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電機速度檢測方法，以在極低速以及高速下檢測電機速度。該電機速度檢測方法，在不改變脈沖采樣間隔和速度控制周期的情況下，采用自定義脈沖采樣間隔替代脈沖采樣間隔，進行電機速度的計算。本發(fā)明使得檢測精確的電機平均速度成為可能，而且利用快速的速度調(diào)整特性能夠?qū)崿F(xiàn)在極低速范圍內(nèi)和電機高速時的穩(wěn)定速度控制，同時因為采用了低分辨率的低成本脈沖編碼器，有效地降低了速度控制系統(tǒng)的成本。
文檔編號H02P29/00GK101478285SQ20091009572
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日
發(fā)明者董海軍, 鄒積浩 申請人:東元總合科技(杭州)有限公司